Теория и материалы
Функциональные пигменты для лакокрасочных материалов
Пигменты входят в состав всех лакокрасочных материалов, за исключением лаков. Вопреки популярному мнению, функция пигментов не ограничивается только приданием покрытию необходимого цвета, многие пигменты вводятся в состав красок для повышения их физико-механических свойств. О некоторых таких пигментах мы и расскажем ниже. В иностранной литературе их часто называют функциональными – для того, чтобы отделить их от цветовых пигментов, а также подчеркнуть их назначение.
В данной статье мы затронем три распространенных пигмента: алюминиевые чешуйки, стеклянные чешуйки и слюдяную окись железа.
Алюминиевые чешуйки
Алюминиевые чешуйки повышают барьерные свойства покрытия. По сути представляют собой микропластинки толщиной 1-2 мкм и длиной 20-30 мкм, которые после нанесения защитного слоя выкладываются параллельно окрашенной поверхности.
Коррозионно-активные агенты, проникающие в покрытие из окружающей среды, вынуждены физически обходить каждую чешуйку, таким образом, их «путь» к защищаемой стали будет более долгим, чем в случае, если бы чешуек не было. Подобный механизм повышения барьерных свойств характерен также для стеклянных чешуек и слюдяной окиси железа.
Алюминиевые чешуйки. Снимок под микроскопом. Помимо алюминиевых пластинок на снимке видно множество других твердых частиц (наполнители, добавки и т.п.)
Алюминиевые чешуйки являются мягким материалом, поэтому не вызывают износ окрасочного оборудования.
Помимо барьерных свойств, присутствие алюминиевых чешуек повышает стойкость грунтовки к катодному отслаиванию при эксплуатации в воде или в почве. По этой причине грунтовки с содержанием алюминиевых чешуек часто применяются для подводной части судов и оффшорных сооружений.
Необходимо отметить, что алюминий чувствителен к кислым и щелочным средам, вследствие чего грунтовки с содержанием алюминиевых чешуек не получили большого распространения на объектах промышленности (нефтегазовая, горнодобывающая и т.п.). Наибольшее распространение эти пигменты получили в ЛКМ, применяемых в контакте с морской водой. Для промышленных объектов альтернативой алюминиевым чешуйкам в части повышения барьерных свойств является слюдяная окись железа.
Количество алюминиевых чешуек в антикоррозионных грунтовках обычно не превышает 10%. В относительно недалеком прошлом, при разработке первых подобных грунтовок, появилось мнение, что большее количество алюминия может быть опасно с точки зрения искрообразования в балластных танках судов. Например, если вследствие разрушения лапок крепления установленный в балластном танке протектор летел вниз, то при ударе о покрытие, содержащее большое количество алюминия, могла образоваться искра, что не соответствовало правилам безопасной эксплуатации судов. С тех пор так и повелось, что содержание алюминиевых чешуек в грунтовках не превышает 9-10%.
Описанные выше алюминиевые чешуйки не следует путать с алюминиевым пигментом, вводимым в лакокрасочный материал для придания ему внешнего металлического эффекта («металлик»). В покрытиях с эффектом «металлик» алюминиевый пигмент за счет специальной обработки непосредственно после нанесения (в жидкой фазе) всплывает на поверхность, обеспечивая ей соответствующий металлический оттенок.
Стеклянные чешуйки
Как и алюминиевые чешуйки, стеклянные чешуйки предназначены для повышения барьерного эффекта. По данным производителей, эти чешуйки выкладываются в несколько десятков слоев, что оказывает значительное влияние на барьерные свойства покрытия. В качественных лакокрасочных материалах все слои ориентированы параллельно защищаемой поверхности.
В физическом смысле стеклянные чешуйки представляют собой пластинки толщиной около 5 мкм и длиной от 100 до 400 мкм. Это достаточно крупные частицы, поэтому при нанесении таких покрытий обычно снимают окрасочные фильтры. Кроме этого, стеклянные чешуйки имеют высокую твердость, что вызывает износ оборудования.
Помимо барьерных свойств, стеклянные чешуйки увеличивают прочность пленки, являясь своего рода арматурой внутри лакокрасочного покрытия, что предотвращает разрушение покрытия при действии больших изгибающих напряжений.
Кроме этого, повышается ударостойкость покрытия: стеклянные чешуйки поглощают энергию удара и затем рассеивают ее. В покрытиях, не содержащих стеклянных чешуек, удар воспринимает сама пленка, что часто приводит к ее растрескиванию.
Благодаря своей повышенной прочности, покрытия со стеклянными чешуйками широко применяются, в частности, на наружной поверхности корпусов судов, подвергающейся значительным механическим нагрузкам, в том числе в качестве ледостойкого покрытия для судов отдельных ледовых классов.
В тех случаях, когда стеклянные чешуйки применяются для повышения ударостойкости, покрытие с добавлением этого пигмента должно быть верхним в системе.
Кроме описанного выше, стеклянные чешуйки также в некоторой степени повышают абразивостойкость покрытия.
Количество стеклянных чешуек в рецептуре материала у различных производителей сильно колеблется и может доходить до 15-20% (в сухой пленке).
Стеклянные чешуйки обладают стойкостью к воздействию многих химических веществ, поэтому содержащие их покрытия могут использоваться в различных агрессивных средах.
Слюдяная окись железа (MIO)
Еще один пигмент с барьерным эффектом. Интересно, что данное химическое соединение не содержит слюды и фактически является оксидом железа. Частицы этого пигмента имеют пластинчатую форму, которая похожа на слюду, отсюда и название пигмента.
Чешуйки имеют толщину 2-5 мкм и длину от 10 до 80 мкм, обладают высокой твердостью и химически инертны. Количество в сухой пленке обычно не превышает 8-10%.
Слюдяная окись железа не очень эффективно работает в морской воде, поэтому покрытия, содержащие этот пигмент, редко применяются в судостроении и судоремонте. Однако в силу своей химической инертности пигмент прекрасно подходит для промышленных объектов. В окрасочных спецификациях для промышленных объектов достаточно распространены эпоксидные покрытия с содержанием этого пигмента.
Слюдяная окись железа препятствует развитию меления на эпоксидных покрытиях, но не снимает эту проблему полностью. Содержащие этот пигмент покрытия мелеют несколько меньше, чем остальные.
Может применяться как для грунтовочных, так и для промежуточных слоев.
Некоторое время назад была распространенной точка зрения, что эпоксидные покрытия, содержащие слюдяную окись железа, имеют более длительный межслойный интервал. К сожалению, для присутствующих на сегодняшнем рынке покрытий, нам не удалось найти информацию, подтверждающую или опровергающую это утверждение.
Все перечисленные выше пигменты увеличивают срок службы покрытия.